2020年物理高考大一轮复习 实验3 验证力的平行四边形定则课件

第二章相互作用高考总复习·物理实验三验证力的平行四边形定则高考总复习·物理知识梳理·夯实基础核心考点·分层突破目录知识梳理·夯实基础︿︿一、实验流程二、误差分析1．误差来源除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差、作图误差等．2．减小误差的方法(1)结点O①定位O点时要力求准确．②同一次实验中橡皮条拉长后的O点必须保持不变．(2)拉力①用弹簧测力计测拉力时要使拉力沿弹簧测力计轴线方向．②应尽量使橡皮条、弹簧测力计和细绳套位于与纸面平行的同一平面内．③两个分力F1、F2间的夹角θ不要太大或太小．(3)作图①在同一次实验中，选定的标度要相同．②严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形，求出合力．三、注意事项操作不忘“三”“二”“一”用两个弹簧测力计拉橡皮条时的“三记录”(记录两弹簧测力计示数、两细绳方向和结点O的位置)，用一个弹簧测力计拉橡皮条时的“二记录”(记录弹簧测力计示数和细绳方向)及“一注意”(结点O的位置必须在同一位置)等．四、实验改进本实验用一个弹簧测力计也可以完成实验，具体操作如下：1．把两条细绳中的一条细绳与弹簧测力计连接，另一条细绳用手直接抓住，然后同时拉这两条细绳，使结点至O点，记下两条细绳的方向和弹簧测力计的示数F1.2．放回橡皮条后，将弹簧测力计连接到另一细绳上，然后同时拉这两条细绳，使结点至O点，并使两条细绳位于记录下来的方向上，读出弹簧测力计的示数F2.其他步骤与提供两个弹簧测力计相同．这种操作的优点是能减小因两个弹簧测力计的不同而带来的误差，但实验过程麻烦．核心考点·分层突破︿︿考点1实验原理与操作【例题1】(2019·上海奉贤区高三二模)在“研究共点力的合成”实验中，F1、F2是用两弹簧秤同时拉橡皮筋到O点的拉力，F表示以F1、F2为邻边的平行四边形对角线，F′表示用一弹簧秤拉橡皮筋到O点时的拉力．则合理的图是()解析F′表示用一弹簧秤拉橡皮筋到O点时的拉力，则F′一定与橡皮筋的方向共线．F表示以F1、F2为邻边的平行四边形对角线，且F与F′近似重合，则选项C正确．答案C【跟踪训练1】(2019·高安中学期末)某活动小组用如图所示的装置验证力的平行四边形定则．(1)用一根不可伸长的轻质细线悬挂一小球，固定悬点O处有一传感器可测出细线上的拉力大小，小球静止在O点正下方的P点时，传感器的示数为8N．现对小球施加一水平向右的拉力F，使小球缓慢上升，小球的运动轨迹如图中的实曲线PQ.当小球运动到a点时，拉力大小为F1＝6N，传感器的示数为10N．在方格纸上用平行四边形定则作出拉力F1与小球重力的合力，合力的大小为N(保留一位小数)，合力的作用线与Oa几乎重合，结果表明：力的合成遵循平行四边形定则．(2)用一根轻质的橡皮筋悬挂与(1)中相同的小球，小球静止时仍在O点正下方的P点．对小球施加一水平向右的拉力F，使小球缓慢上升，小球的运动轨迹如图中的虚曲线PM.当小球运动到b点(b与a、O共线)时，拉力大小为F2，理论上来说，F2F1.(选填“大于”“等于”或“小于”)解析(1)由题意可知，小球的重力为8N，当小球运动到a点时，拉力大小为F1＝6N，根据平行四边形定则作图，即其对角线的长度表示合力的大小，箭头的指向表示合力的方向，合力的大小为10.0N.(2)由题可知，小球的重力不变，重力与水平向右的拉力的合力方向不变，所以对小球施加一水平向右的拉力F不变，所以从理论上来说，F2等于F1.答案(1)见解析图10.0(9.7～10.3)(2)等于考点2实验数据处理【例题2】(2019·丹东高三一模)某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”．弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M.弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置．分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向．(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为N.(2)下列不必要的实验要求是．(请填写选项前对应的字母)A．应测量重物M所受的重力B．弹簧测力计应在使用前调零C．拉线方向应与木板平面平行D．改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置(3)某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，在保证现有器材不变的情况下怎样调整弹簧测力计B.解析(1)A的示数为3.80N．(2)实验通过作出三个力的图示，来验证“力的平行四边形定则”，因此重物的重力必须要知道，故选项A正确；弹簧测力计是测出力的大小，所以要准确必须在测之前校零，故选项B正确；为了防止出现竖直方向上的分力，拉线方向应与木板平面平行，故选项C正确；由于本实验中物体的重力一定，因此两弹簧秤的拉力的合力大小方向均是一定的，所以不需要再让结点每次静止在同一位置，故选项D错误．(3)弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，可改变合力的大小，即减小拉弹簧测力计B的力，也可以让两个分力夹角变小，即减小拉B的力或减小OB与竖直向上方向的夹角．答案(1)3.80(2)D(3)减小拉B的力或减小OB与竖直向上方向的夹角(二者答一即可)【跟踪训练2】(2019·白城第一中学期末)有同学利用如图所示的装置来验证力的平行四边形定则．在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮A和B，将绳子打一个结点O，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力F1、F2和F3，回答下列问题．(1)改变钩码个数，实验能完成的是．A．钩码的个数N1＝N2＝2，N3＝4B．钩码的个数N1＝N3＝3，N2＝4C．钩码的个数N1＝N2＝N3＝4D．钩码的个数N1＝3，N2＝4，N3＝5(2)在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是．A．标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向B．量出OA、OB、OC三段绳子的长度C．用量角器量出三段绳子之间的夹角D．用天平测出钩码的质量(3)在作图时，你认为图中(选填“甲”或“乙”)是正确的．解析(1)对O点受力分析如图所示．OA、OB、OC分别表示三个力的大小，由于三共点力处于平衡，所以OC等于OD，因此三个力的大小构成一个三角形．以钩码的个数表示力的大小，只能两分力沿竖直方向时才能保证结点D静止这不符合实验的实际，故选项A错误；以钩码的个数表示力的大小，则三力为边构成等腰三角形，故选项B正确；以钩码的个数表示力的大小，则三力为边构成等边三角形，故选项C正确；以钩码的个数表示力的大小，三力为边构成直角三角形，故选项D正确．(2)为验证平行四边形定则，必须作受力图，所以先明确受力点，即标记结点O的位置，其次要作出力的方向并读出力的大小，最后作出力的图示，因此要做好记录，是从力的三要素角度出发，要标记结点O的位置、记录砝码的个数和记录OA、OB、OC三段绳子的方向，故选项A正确，B、C、D错误．(3)以O点为研究对象，F3是实际作用效果在OC这条线上，由于误差的存在，F1、F2的合力的理论值要与实际值有一定偏差，故甲图符合实际，乙图不符合实际．答案(1)BCD(2)A(3)甲考点3实验创新方案【例题3】(2019·遵义航天高级中学高三月考)“验证力的平行四边形定则”实验中．(1)部分实验步骤如下，请完成有关内容：A．将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上，另一端绑上两根细线．B．在其中一根细线上挂上5个质量相等的钩码，使橡皮筋拉伸，如图甲所示，记录钩码个数(或细线拉力大小)、拉力方向(或细线方向)、.C．将步骤B中的钩码取下，分别在两根细线上挂上4个和3个质量相等的钩码，用两光滑硬棒B、C使两细线互成角度，如图乙所示，小心调整B、C的位置，使橡皮筋与细线结点的位置与步骤B中结点位置重合，记录．(2)如果“力的平行四边形定则”得到验证，那么图乙中cosαcosβ＝.解析(1)B：因为合力与分力的效果要相同，在记录钩码个数(或细线拉力大小)、拉力方向(或细线方向)，即合力的大小和方向后，还要记录结点的位置．C：使橡皮筋与细线结点的位置与步骤B中结点位置重合，记录B、C两处钩码个数和对应的细线方向(分力的大小和方向)．(2)设每个钩码的质量为m，若“力的平行四边形定则”得到验证，则图乙中水平方向上有4mgcosα＝3mgcosβ，那么cosαcosβ＝34.答案(1)结点O的位置钩码个数和对应的细线方向(2)34【跟踪训练3­1】(2019·玉溪一中高三二模)如图所示是“验证力的合成的平行四边形定则”实验示意图．将橡皮条的一端固定于A点，图甲表示在两个拉力F1、F2的共同作用下，将橡皮条的结点拉长到O点；图乙表示准备用一个拉力F拉橡皮条，图丙是在白纸上根据实验结果画出的力的合成图示．(1)有关此实验，下列叙述正确的是．(选填正确答案标号)A．在进行图甲的实验操作时，F1、F2的夹角越大越好B．在进行图乙的实验操作时，必须将橡皮条的结点拉到O点C．拉力的方向应与纸面平行，弹簧及钩子不与弹簧测力计的外壳及纸面接触，产生摩擦D．在进行图甲的实验操作时，保证O点的位置不变，F1变大时，F2一定变小(2)图丙中F′是以F1、F2为邻边构成的平行四边形的对角线，一定沿AO方向的是．(选填“F”或“F′”)(3)若在图甲中，F1、F2夹角小于90°，现保持O点位置不变，拉力F2方向不变，增大F1与F2的夹角，将F1缓慢转至水平方向的过程中，两弹簧秤示数大小变化为F1，F2.解析(1)在进行图甲的实验操作时，F1、F2的夹角大小适当即可，并非越大越好，选项A错误；在进行图乙的实验操作时，必须将橡皮条的结点拉到O点，以保证等效性，选项B正确；拉力的方向应与纸面平行，弹簧及钩子不与弹簧测力计的外壳及纸面接触，产生摩擦，以免产生误差，选项C正确；在进行图甲的实验操作时，保证O点的位置不变，即两个力的合力一定，则当F1变大时，F2不一定变小，选项D错误．(2)图丙中有两个力F与F′，其中F′是以F1、F2为邻边构成的平行四边形的对角线．在这两个力中，方向一定沿AO方向的是力F，而力F′由于存在误差，会与AO方向成一定角度．(3)若在图甲中，F1、F2夹角小于90°，现保持O点位置不变，即两个拉力的合力不变，拉力F2方向不变，增大F1与F2的夹角，将F1缓慢转至水平方向的过程中，由图可知，两弹簧秤示数大小变化为：F1先减小后增大；F2一直增大．答案(1)BC(2)F(3)先减小后增大一直增大【跟踪训练3­2】(选做题)(2019·天津十二重点中学高三一模)在探究求合力的方法时，先将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上带有绳套的两根细绳．实验时，需要两次拉伸橡皮条，一次是通过两细绳用两个弹簧秤互成角度的拉橡皮条，另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条．(1)实验操作过程中，下列哪些说法是正确的．(选填字母代号)A．将橡皮条拉伸相同长度即可B．弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行C．用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽可能大D．拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些(2)小组同学利用坐标纸记下了橡皮条的结点位置O以及两个弹簧秤拉力的大小和方向，如图所示，图中每一小格长度均代表0.5N，则F1与F2的合力大小为N．(保留两位有效数字)(3)实验过程中，保持橡皮条的结点位置O不动和弹簧秤的拉力F1的方向不变，使另一个弹簧秤从图示位置开始，沿顺时针方向缓慢转53°角，关于弹簧秤示数F2的变化，下列结论正确的是．(已知sin53°＝0.8)A．逐渐增大B．逐渐减小C．先增大后减小D．先减小后增大解析(1)实验中的细绳只要相对长些，便于准确标出力的方向，并不一定要相等的长度，选项A错误，D正确；实验过程中，需要弹簧秤、细绳、橡皮条都与木板平行，选项B正确；两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数要大一些，并不是两者相差较大，选项C错误．(2)根据平行四边形作图，如图甲所示，可知F＝4×0.52＋3×0.52＝2.5N.答案(1)BD(2)2.5(3)D【跟踪训练3­3】(选做题)某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度(圈数)的关系．实验装置如图甲所示：一均匀长弹簧竖直悬挂，7